Если вы задались целью создать электрический привод, например, собственную мельницу, насосную станцию, транспортерную ленту или другое полезное в хозяйстве устройство, вам надо найти или купить электродвигатель и убедиться в том, что его мощность соответствует поставленным задачам.
Сегодня мы осветим некоторые аспекты, касающиеся устройства и рабочих качеств электрических машин, что поможет вам сделать правильный выбор.
Подбор электродвигателя стоит начать со знакомства с типами электрических машин. Основное их отличие состоит в способе взаимодействия магнитных полей статора и ротора. По этому признаку они делятся на два типа:
У них магнитное поле статора и ротора создается внешними источниками, они независимы друг от друга, их смена положения их полюсов происходит синхронно.
Исходя из принципа механики Ньютона, утверждающего, что всякое движение относительно, электродвигатель постоянного тока можно назвать синхронной машиной. Хотя магнитные поля статора и ротора в ней неподвижные, а вращение вала происходит за счет эффекта отталкивания одноименных полюсов магнитов и притягивания разноименных.
Синхронизация их положения относительно друг друга происходит особого устройства – коллектора, расположенного на валу ротора. Это кольцо из меди, поделенное на секторы диэлектриком. Концы обмоток ротора подключаются к этим секторам и создают контактные пары.
На них через угольные щетки подается постоянный ток. Во время вращения вала происходит переключение полюсов между парами. Магнитное поле статора может создаваться металлами с остаточным магнетизмом или прохождением тока по обмоткам. Последние применяются в электрических машинах большой мощности.
Их достоинством является большой коэффициент полезного действия, до 98%, а также стабильно высокий вращающий момент и малая зависимость от перегрузок. Двигатели постоянного тока отлично подходят для привода подъемных механизмов, а также в качестве тяговых на электротранспорте.
Ими очень просто управлять: для снижения скорости вращения надо лишь уменьшить величину подаваемого напряжения, а для реверсирования достаточно сменить полярность. Недостатком является сложность устройства и невысокая надежность щеточного узла, его склонность к искрению и шумность. Кроме того, постоянное напряжение сложно передавать на большие расстояния, из-за чего нет магистральных линий такого типа. Питание придется создавать самостоятельно, используя выпрямительные или инверторные схемы. Также про двигатели постоянного тока можно почитать здесь.
По своей конструкции они аналогичны двигателям постоянного тока. Однако питаются переменным однофазным током. Статорная обмотка возбуждения у них включена последовательно с обмоткой якоря. Вращение вала происходит за счет синхронной смены полюсов магнитного поля в статорной и роторной обмотках.
К перечисленным выше достоинствам – большому вращающему моменту, нечувствительности к перегрузкам, стоит отнести и то, что это единственная электрическая машина переменного тока, которой можно без проблем управлять.
Для изменения скорости вращения вала достаточно уменьшить питающее напряжение, а для реверсирования поменять местами точки подключения коллекторного узла со статорной обмоткой. Поэтому коллекторные электродвигатели широко применяются в бытовых электроприборах.
Например, в стиральных машинах, дрелях и другом электрифицированном инструменте. К недостаткам, основным из которых является сложность и малая надежность щеточного узла, стоит отнести и невозможность подключения трехфазного напряжения. Просто потому, что в этом случае щеток должно быть шесть. Это ограничивает максимальную мощность двигателей: у однофазных машин при напряжении 220 вольт это значение не бывает более 2,5 киловатта.
Недостатками – сложность пуска и наличие коллектора со щеточным узлом, что снижает их надежность. А также невозможность регулирования частоты вращения. Применяются в установках, которые работают постоянно или с очень длительным рабочим циклом. Например, на перекачивающих станциях или транспортерных лентах.
Узнать больше об электродвигателях можно узнать в нашей статье «Электрический двигатель: виды и характеристики».
В них магнитное поле ротора является порождением вращающегося магнитного поля статора. Поскольку между этими деталями машины есть воздушный зазор, передача энергии между ними происходит с потерями. Поэтому фаза тока в роторе отстает от фазы тока в статоре на небольшой угол (не более 100), который определяет величину коэффициента мощности cosφ. Это отставание и является причиной того, что электрическую машину этого типа называют асинхронной.
Обмотка ротора у них – это набор металлических стержней, которые соединяют два кольца. Получившуюся фигуру называют «беличье колесо». В момент подачи напряжения на статорную обмотку в роторе возникает ток короткого замыкания, энергия которого тратится на раскручивании вала и тем самым гасится. У него несколько меньший КПД, чем у синхронных машин, он не превышает 80%.
После набора оборотов он имеет очень стабильный вращающий момент на валу и хорошо выдерживает перегрузки. Главными достоинствами таких двигателей является его простота и надежность, благодаря которым они очень широко распространены. Недостатками – сложность управления.
Для изменения скорости вращения необходимо менять частоту питающего напряжения или количество статорных обмоток, которое определяет количество полюсов электромагнита – чем их больше, тем она ниже. Также электродвигателям с короткозамкнутым ротором свойственен большой пусковой ток, перегружающий сеть, а также резкий рост вращающего момента при подключении питания, что может вызвать поломку редуктора привода.
Пуск асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором большой мощности (более 30 кВт) связан с чрезвычайной перегрузкой питающей сети. Для устранения этого явления используют машины с фазным ротором, обмотка которых состоит из трех катушек, соединенных звездой. Их концы соединены угольными щетками с тремя контактными кольцами, расположенными на оси двигателя.
В отличие от коллектора двигателя постоянного тока они не поделены на сектора. При запуске такой машины используется трехфазный реостат, сопротивление которого в момент пуска максимальное. Постепенно уменьшая активное сопротивление ротора, добиваются плавной раскрутки вала электродвигателя. При достижении номинальных оборотов его закорачивают.
Изменяя сопротивление ротора, можно добиться изменения частоты вращения. Достоинством машины такого типа является отсутствие перегрузки в момент запуска и плавное нарастание вращающего момента. Поэтому ее применяют в грузоподъемном оборудовании. Недостаток – сложность устройства и более низкий, чем у машин с короткозамкнутым ротором КПД, он не более 60%.
Читайте также «Как работает асинхронный электродвигатель».
При расчете мощности электродвигателя надо ориентироваться на потребности обеспечиваемого технологического процесса. В Сети так много методичек для определения этого параметра, что вы можете запутаться окончательно. Предлагаем вам довольно простую универсальную формулу, пригодную для любых случаев.
P = T ∙ Ω
P – мощность электродвигателя. Т – потребный вращающий момент на валу, а Ω – угловая скорость.
T = Ft ∙ R
Ft– потребное тяговое усилие, оно рассчитывается по формуле: Ft= t ∙ M ∙ 2.5, где t – коэффициент трения (для подшипников качения он равен 0.02), М – масса перемещаемого груза, а 2.5 – это коэффициент Ньютона. R – радиус рабочего органа, например, крыльчатки насоса.
Ω = π ∙ n / 30, где π = 3.14, а n – паспортная частота вращения приводимого в действие устройства.Полученное значение лучше увеличить в 1,5 раза, чтобы предусмотреть возможные перегрузки во время работы привода.
При расчете рабочего тока электродвигателя необходимо учитывать, что при соединении обмоток статора асинхронного электродвигателя звездой он в 1,73 раза меньше, чем при соединении треугольником. На эту же величину уменьшается и мощность.
Окончательно убедиться в работоспособности созданного привода вы сможете только на практике. Но если вы будете следовать изложенным выше рекомендациям, то вероятность того, что все будет работать как надо без дополнительных переделок, значительно повысится.
electriktop.ru
Лошадиные силы двигателя автомобиля не измеряются лошадьми на практике, и это очевидно. Но как рассчитать мощность двигателя автомобиля другим способом? Всё очень просто: если Вы хотите узнать, сколько лошадиных сил в двигателе машины, Вы подключите двигатель к специальному динамометру. Динамометр создаёт нагрузку на двигатель и измеряет количество энергии, которое может развить двигатель против нагрузки. Но, тем не менее, чтобы рассчитать мощность двигателя, есть ещё один шаг, который необходимо преодолеть, и об этом мы сейчас поговорим.
Крутящий момент
Представьте себе, что у Вас есть большой торцевой гаечный ключ с ручкой на нём в 1 метр длиной, и Вы надавите на него весом 100 грамм. То, что Вы делаете, называется применением крутящего момента, у которого также есть своя единица измерения, и в данном случае она рассчитывается как 1 ньютон*метр (Н*м), потому что Вы давите 100 граммами (что примерно равно 1 Ньютону) с «плечом» в 1 метр. Вы сможете получить тот же 1 Н*м, если, к примеру, надавите весом в 1 кг на торцевой ключ с длиной ручки в 10 см.
Аналогично, если Вы вместо торцевого ключа приложите вал двигателя, то двигатель даст некоторый показатель крутящего момента на вал. Динамометр измеряет этот крутящий момент. А далее Вы можете легко конвертировать крутящий момент в лошадиные силы путём простой формулы и, таким образом, рассчитать мощность машины. Формула эта выглядит следующим образом:
Мощность двигателя = (Обороты в минуту * Крутящий момент)/5252.
Вы можете получить представление о том, как динамометр работает, следующим образом: представьте, что Вы включаете двигатель автомобиля при включенной нейтральной передачей и жмёте педаль акселератора «в пол». Двигатель будет работать так быстро, что может взорваться. Это не есть хорошо, но так, при помощи динамометра Вы можете измерить крутящий момент двигателя на разных оборотах. Вы можете подключить двигатель к динамометру, нажать на педаль газа и создать в динамометре достаточное количество нагрузки на двигатель, чтобы сохранить его работу, скажем, на 7 000 оборотов в минуту. Вы записываете при это на бумагу, с какой максимальной нагрузкой двигатель может справиться. Тогда Вы начинаете применять дополнительную нагрузку, чтобы сбить скорость двигателя до 6 500 оборотов в минуту и снова записать нагрузку в новом режиме. Тогда Вы сбросите нагрузкой двигатель до 6 000 оборотов в минуту, и так далее. Вы можете сделать то же самое вплоть до критически низких 500 или 1 000 оборотов в минуту. Что динамометры делают — так это фактически измеряют крутящий момент и далее конвертируют крутящий момент в лошадиные силы, рассчитывая мощность.
Тем не менее, крутящий момент, хоть и растёт вместе с мощностью при росте оборотов, тем не менее, не всегда значение мощности прямо пропорционально крутящему моменту. Так, если Вы построите график мощности и крутящего момента по оборотам вращения двигателя, делая отметки с шагом в 500 оборотов, то, что Вы в конечном итоге получите, является кривой мощности двигателя. Типичная кривая мощности для высокопроизводительного двигателя может выглядеть следующим образом (в примере 300-сильный мотор Mitsubishi 3000):
Данный график указывает на то, что любой двигатель имеет пиковую мощность, которую можно рассчитать динамометром — значение оборотов в минуту, при которых мощность двигателя достигает своего максимума. Двигатель также имеет максимальный крутящий момент в определённом диапазоне оборотов в минуту. Вы можете часто видеть в технических характеристиках автомобилей указание наподобие «123 л.с. при 4 600 об./мин., 155 Нм при 4 200 об./мин.». А ещё, когда люди говорят, что двигатель «низкооборотистый» или «высокооборотистый», то они имеют в виду, что максимальный крутящий момент двигателя достигается на довольно низкой или высокой величине оборотов соответственно (например, дизельные двигатели по своей природе являются низкооборотистыми, и потому (но не только поэтому) их часто используют на грузовых автомобилях и тракторах, а вот бензиновые двигатели, напротив, высокооборотистые).
Как мы видим, рассчитать мощность двигателя машины является не такой уж и сложной задачей для специалистов, вооружённых динамометром.
Мощность автомобиляДвигательРасчёты
Ведь друзья тоже любят интересные статьи!
sate09.ru
Размерной единицей мощности принято называть лошадиные силы. Изначально данное понятие было введено шотландским инженером исключительно для сравнения мощностных показателей паровых двигателей с силой именно в лошадях. Для подсчета мощности абсолютно любого авто используется именно этот параметр. Эта величина указывается в документах на автомобиль. Однако сейчас мощность транспортного средства указывается совсем в другой размерной величине кВт-ч. В настоящее время размерная величина в виде лошадиных сил несколько устарела и потеряла свою актуальность. Крупные автомобильные концерны хоть и используют ее для определения мощности, но все чаще применяют определение в киловаттах. В таком случае мощность можно снова подсчитать в лошадиных силах. Как это сделать и что необходимо для проведения такой процедуры постараемся подробно рассказать в этой статье.
Для расчета лошадиных сил автомобиля необходимо иметь, прежде всего, автомобиль и станцию ТО. Для проведения такой процедуры рекомендуется использовать российскую систему измерения, поскольку с европейскими системами могут возникать некоторые несоответствие во время подсчета. Для них принято 1 лошадиную силу приравнивать к 75кгм/с. Другими словами:
1 л.с =75 кгм/с
где 75 – это мощность подъема груза, весящего на высоте в 1 м за 1 секунду.
Помимо этого мощность в лошадиных силах можно перевести и в другую размерную единицу киловатт. Выглядит это следующим образом:
1 л.с = 735,5 Вт (0,735кВт)
Причем, в этом случае максимальная скорость, развиваемая автомобилем, будет называться котловой лошадиной силой.
Чтобы узнать значение мощности транспортного средства водителю необходимо перевести все перечисленные параметры. Сделать это можно воспользовавшись формулами перевода. Узнать мощность авто можно в паспорте автомобиля. Если в техпаспорте значение мощности указано в Квт, то для подсчета лошадиных сил эту величину всего лишь нужно поделить на 0,735. Цифра, полученная в итоге, будет точным обозначением мощности конкретно для этой марки автомобиля в лошадиных силах.
Одним из наиболее простых способов расчета мощности считается посещение станции технического осмотра. На большинстве современных станций имеется специальное оборудование, позволяющее быстро рассчитать величину мощности.
Компьютер с легкостью определят количество лошадиных сил. В СТО это делается следующим образом:
Выполнить все необходимые замеры компьютерная установка способна за несколько минут. После этого автомобилист получит наиболее точные результаты.
Смотрите видео о том, как рассчитать мощность двигателя:
Опубликовано: 06 декабря 2017
automend.ru
